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Kotlin程序员实现两个正整数除法的方法

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于总共进行了3次减法操作,最终相减的结果为2,因此,15除以4的商为3,余数为2。需要注意的是,这种方法也实现了不用%操作符实现%运算的目的。将sum与carry相加就可以得到这两个数相加的结果。执行加法操作sum+=a<i。

Kotlin程序员实现两个正整数除法的方法

【出自WR面试题】

难度系数:★★★★☆ 被考察系数:★★★☆☆

分析与解答:

方法一:减法

主要思路是:使被除数不断减去除数,直到相减的结果小于除数为止,此时,商就为相减的次数,余数为最后相减的差。例如在计算14除以4的时候,首先计算14-4=10,由于10>4,继续做减法运算:10-4=6,6-4=2,此时2<4。由于总共进行了3次减法操作,最终相减的结果为2,因此,15除以4的商为3,余数为2。如果被除数比除数都小,那么商为0,余数为被除数。根据这个思路的实现代码如下:

程序的运行结果如下:

14除以4商为:3余数为2

算法性能分析:

这种方法循环的次数为m/n,因此算法的时间复杂度为O(m/n)。需要注意的是,这种方法也实现了不用%操作符实现%运算的目的。

方法二:移位法

方法一所采用的减法操作,还可以用等价的加法操作来实现。例如在计算17除以4的时候,可以尝试4*1,4*2(4+4),4*3(4+4+4)依次进行计算,直到计算的结果大于14的时候就可以很容易地求出商与余数。但是这种方法每次都递增4,效率较低。下面给出另外一种增加递增速度的方法:以2的指数进行递增(取2的指数的原因是,2的指数操作可以通过移位操作来实现,有更高的效率),计算4*1,4*2,4*4,4*8,由于4*8>17,然后接着对17-4*4=1进入下一次循环用相同的方法进行计算。实现代码如下:

算法性能分析:

由于这种方法采用指数级的增长方式不断逼近m/n,因此算法的时间复杂度为O(log(m/n))。

引申一:如何不用加减乘除运算实现加法

分析与解答:

由于不能使用加减乘除运算,因此只能使用位运算了。首先通过分析十进制加法的规律来找出二进制加法的规律,从而把加法操作转换为二进制的操作来完成。

十进制的加法运算过程可以分为以下3个步骤:

(1)各个位相加而不考虑进位,计算相加的结果sum。

(2)只计算各个位相加时进位的值carry。

(3)将sum与carry相加就可以得到这两个数相加的结果。(www.xing528.com)

例如15+29的计算方法为sum=34(不考虑进位),carry=10(只计算进位),因此,15+29=sum+carry=34+10=44。

同理,二进制加法与十进制加法有着相似的原理,唯一不同的是,在二进制加法中,sum与carry的和可能还有进位,因此在二进制加法中会不停地执行sum+carry操作,直到没有进位为止。具体实现方法如下:

(1)二进制各个位相加而不考虑进位。由于在不考虑进位的时候加法操作可以用异或操作代替,因此,不考虑进位的加法可以用异或运算来代替。

(2)计算进位,由于只有1+1才会产生进位,因此进位的计算可以用与操作代替。进位的计算方法为:先做与运算,再把运算结果左移一位。

(3)不断对(1)、(2)两步得到的结果相加,直到进位为0的时候为止。

根据这个思路实现代码如下:

程序的运行结果为

6

引申二:如何不用加减乘除运算实现减法

分析与解答:

由于减去一个数等于加上这个数的相反数,即-n=~(n-1)=~n+1,因此,a-b=a+(-b)=a+(~b)+1,可以利用上面已经实现的加法操作来实现减法操作,实现代码如下:

引申三:如何不用加减乘除运算实现乘法

分析与解答:

以11*14为例介绍乘法运算的规律,11的二进制可以表示为1011,14的二进制可以表示为1110,二进制相乘的运算过程如下:

二进制数10011010的十进制表示为154=11*14,从这个例子可以看出,乘法运算可以转换为加法运算。计算a*b的主要思路是:(1)初始化运算结果为0,sum=0。(2)找到b对应二进制中最后一个1的位置i(位置编号从右到左依次为0,1,2,3…),并去掉这个1。(3)执行加法操作sum+=a<i。(4)循环执行(1)、(2)和(3)步,直到b对应的二进制数中没有更多的1为止。

从6.2节中可知,对n执行n&(n-1)操作可以去掉n的二进制数表示中的最后一位1,因此n&~(n-1)的结果为只保留n的二进制数中的最后一位1。因此可以通过n&~(n-1)找出n中最后一个1的位置,然后通过n&(n-1)去掉最后一个1。在上述的第(2)步中,首先执行lastBit=n&~(n-1),得到的值lastBit只包含n对应的二进制表示中最后一位1,要想确定1的位置,需要通过对1不断进行左移操作,直到移位的结果等于lastBit时移位的次数就是位置编号。在实现的时候,为了提高程序的运行效率,可以把1向左移动的位数(0,1,2,3…31)先计算好并保存起来。实现代码如下:

引申四:另外一种除法的实现方式

分析与解答:

由于除法是乘法的逆运算,因此,可以很容易地将除法运算转换为乘法运算,实现代码如下:

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